發布時間：2022-03-02所屬分類：電工職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：本文主要針對目前學校教室照明存在電能嚴重浪費、管理效率較低的現狀，設計一個智能照明系統，實現教室光照不足的情況下人來燈開、人走燈滅的功能。通過對系統硬件、軟件的設計，在Promes軟件中進行了仿真調試。結果表明，達到了燈組的有效控制，可實現節約電能
摘要：本文主要針對目前學校教室照明存在電能嚴重浪費、管理效率較低的現狀，設計一個智能照明系統，實現教室光照不足的情況下“人來燈開、人走燈滅”的功能。通過對系統硬件、軟件的設計，在Promes軟件中進行了仿真調試。結果表明，達到了燈組的有效控制，可實現節約電能、提高教室照明系統管理效率的目的。
關鍵詡：單片機;人體感應;智能照明
0引言
隨著科技的發展，人們的生活品質不斷提升，但能源短缺問題越來越嚴重。因此，節能降耗已成為國家發展的主題之mltI。通過觀察發現公共區域的照明系統在白天或無人時，燈長時間亮的問題，尤其在各高校教室問題較為嚴重。通過調研發現高校教室照明是統一管理，在規定的時間內統一開燈或關燈，這樣會導致：一是在陰天或其它光照不足的情況下不能及時開燈;二是有時教室無人或人少時屋內所有的燈都亮著，造成了在管理上比較教條與電能浪費的問題。在此背景下，開發一種智能照明控制系統變得尤為重要，根據光照強度和室內人數進行電燈的控制以實現電燈的開啟與關閉。
該控制系統以學校教室內的燈組為控制對象，實現光照不足條件下“人來燈開，人走燈滅，人多多開，人少少開”的功能。由于合理分配電能，節約了資源，在一定程度上增加了照明燈具的使用壽命，對節能降耗具有十分重要的現實意義。
1系統總體設計
1.1系統組成
本系統由單片機最小系統、光照采集單元、人體感應單元、顯示單元、燈組及按鍵電路6部分組成。單片機最小系統實現數據的采集、處理與顯示功能;光照采集單元通過實現教室內光照強度的采集，形成是否開燈的條件之一;人體感應單元以實現室內是否有人的檢測功能，形成開哪些燈、開多少燈的條件;顯示單元實現燈組狀態信息的顯示;按鍵電路實現手動控制功能。系統結構框圖如圖1 所示。
1.2燈組排布
控制系統為了達到在不影響室內光照強度的前提下盡量節省能源的目的，采用了分組分控的方法控制燈組，即將教室分為多塊區域，各區域都裝有一塊人體感應模塊和一個燈組，使之能夠獨立完成燈組開關。
圖2為一間教室內的燈組排列圖，將教室分成9個區域，即一個區域由一盞燈控制，原則上人少時打開單盞燈，但實際各區域含有重疊部分，對于重疊區域，人站在哪個區域，就打開覆蓋相應區域的燈組。這樣若某一區域有人，打開的是一個燈組，不僅在保證光照強度基礎上，避免了陰影的產生，同時也節約電能。
2系統硬件設計
2.1單片機最小系統
單片機最小系統由AT89C51微處理芯片、時鐘電路和復位電路3部分組成。AT89C51由一種帶4K字節FLASH存儲器、128字節內部RAM、32個I/O口線、兩個16位定時/計數器等部分組成，具有低電壓、低功耗、高性能的優點;時鐘電路由一個12MHz的晶振、兩個20pF的電容組成;復位電路采用按鍵復位的形式。圖3人體感應單元接口圖 Fig.3 Human body sensing unit interface diagram
2.2光照采集單元
環境光照采集單元主要由光敏電阻作為檢測元件，對室內光照強度進行檢測。當光照強度高于設定值時，無論是否有人都不會開燈，本設計邏輯定義為：當室內光強低于設定值為“1”，反之為…0’，當室內光強低于一定值時，單片機接收到信號，然后開始進行下一步人體紅外線檢測。光敏電阻工作原理基于內光電效應，即由于光量子作用，引發了物質電化學性質的變化。在半導體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構成了光敏電阻，在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到一定波長的光線照射時，電流就會隨光強的增大而變大，從而實現光電轉換【2】。人射光消失后，由光子激發產生的電子——空穴對將復合，光敏電阻的阻值也就恢復原值[31。本系統選用光敏電阻5516型號的感應器。
2.3人體感應單元
人體感應模塊采用HC—SR501，它是基于熱釋電效應制成的紅外傳感器，可以實現全自動感應，即當有人進入其感應范圍則輸入高電平，人離開感應范圍則自動延時關閉高電平，輸出低電平。它的優點是抗干擾能力強，且感應范圍可調[4】，功耗低。輸出高電平信號，也有利于電路對接。
人體的恒定體溫一般在37℃左右時會發出特定波長為 10UM左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發射的IOUM左右的紅外線來進行工作。人體發射的IOUM左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上[5】。紅外感應源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續電路經檢測處理后就能產生相應信號【6】。
設計使用HC—SR501的可重復觸發方式，即感應輸出高電平后，在延時時間段內，如果有人體在其感應范圍內活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時將高電平變為低電平口1。
2.4顯示模塊
顯示模塊采用128×64點陣液晶模塊，顯示分辨率為 128×64。LCDl2864分為帶中文字庫與不帶中文字庫兩大類。其中，帶中文字庫的LCD每屏可顯示4行8列共32個 16×16點和128個16 X 8點ASCII字符集【8】，或可顯示8×4行 16 x 16點陣的漢字。該液晶顯示屏所組成的顯示電路具有編程簡便、易操作、硬模塊搭建簡潔、價格低廉、適用性廣泛等特點。該顯示模塊可以實現燈組工作狀態及對應區域是否有人等相關信息的顯示，同時也可加入時鐘信號顯示具體的日期和時間，從而進行更加有效地管理與監控。
2.5按鍵電路
按鍵電路主要實現手動控制方式，按鍵的輸入信號主要用POl l，將相應按鍵產生的控制信號輸入單片機對應的端口，以實現對應燈組的控制。
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系統中按鍵工作方式采用中斷掃描方式，當系統未檢測到按鍵按下時，系統檢測到某一按鍵按下，相應的端口則被按鍵所短接置為低電平，單片機檢測到對應端口電平的變化情況時，進而實現控制相應燈的打開與關閉。圖4為其中一路按鍵接口電路圖。
3軟件設計
系統軟件主要包括系統的初始化、感應信號的采集與處理、信號的輸出控制，以及顯示程序與按鍵程序等。系統開始啟動進行初始化后，首先環境光檢測電路對環境光強進行檢測，當環境光較亮時，系統始終對環境光進行采集;當環境光較暗時，系統自動打開人體紅外線采集模塊，若有人進入探測范圍時，人體感應模塊將信號反饋給單片機，單片機進而打開相應燈組，當人長時間位于同一位置時，人體感應模塊開啟可重復觸發模式，并將信號傳給單片機，單片機打開人體位置周圍燈組，并且顯示相應的信息。系統主流程圖如圖5所示。
4系統的仿真調試
該系統是基于Keil和Proteus軟件環境仿真調試的， Proteus軟件中進行硬件的設計，通過在Keil軟件進行程序的編寫與編譯下裝到單片機中，在Proteus中進行系統的仿真，仿真圖如圖6所示。仿真測試中采用相應的彩管模擬光照強度和人體采集信號，經過調試，實現了燈組的有效控制，顯示器能夠準確顯示相關信息。
5 總結
本文通過對學校教室智能照明系統的硬件設計、仿真設計，在Protues中進行調試，實現了預期的功能。系統調試的成功可以改善目前學校教室“白天無人燈亮、人走燈亮”的現象，并且可以提高學校照明系統的管理效率，節省人力，節約電能，降低成本，同時在一定程度夠延長燈具的使用壽命，具有較強的現實意義。——論文作者：徐亮，劉勇，張瀟楊
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